基爾霍夫定律和疊加原理的驗(yàn)證-實(shí)驗(yàn)報(bào)告-精品資料

1、本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告2015 年11月5日沖;丿、叨實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?shí)驗(yàn)?zāi)康模?驗(yàn)證基爾霍夫電流、電壓定律的正確性，加深對(duì)基爾霍夫定律的理解。2、驗(yàn)證疊加定理及其適用范圍。3、掌握萬(wàn)用表、直流電流表及穩(wěn)壓電源的使用方法。實(shí)驗(yàn)要求：1, 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究：實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路和三個(gè)閉合回路的電流正方向。分別將兩路直流穩(wěn)壓源接入點(diǎn)路。按照電路板實(shí)際情況及要求進(jìn)行操作。將直流穩(wěn)壓源接入電路中， 測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電壓值，并作出記錄，與計(jì)算值相比較，得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)所需結(jié)果。2, 疊加定律實(shí)驗(yàn)研究：實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示，由電壓源，電流源，電阻，穩(wěn)壓二極管組成。在A

2、、B之間接入電壓源，開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)，測(cè)量各點(diǎn)電壓與各支路電流，研究電壓源單獨(dú) 工作時(shí)電路各部分狀況，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。將A、B間短路，開(kāi)關(guān)S接通，接入電流源，再次測(cè)量各點(diǎn)電壓與各支路電流，研究電 流源單獨(dú)作用時(shí)電路各部分狀況，將測(cè)量結(jié)果記錄于表中。將電壓源US和電流源Is同時(shí)接通，重復(fù)上述測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。根據(jù)表1中的測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證疊加定律是否成立。將AD中的穩(wěn)壓二極管換成線性電阻，重復(fù)以上三步，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（圖1）（圖2）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）實(shí)驗(yàn)原理：1基爾霍夫電流定律（KCL）:對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)而言，應(yīng)有 1=0。2, 基爾霍夫電壓定律（KVL）：對(duì)電路中任一閉合回路而言

3、，應(yīng)有U=0b3, 疊加定理：若干個(gè)電源在某線性網(wǎng)絡(luò)的任一支路產(chǎn)生的電流或在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生 的電壓，等于這些電源分別單獨(dú)作用于該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在該部分所產(chǎn)生的電流與電壓的代數(shù)和。 但是，對(duì)于非線性網(wǎng)絡(luò)，疊加定律將不再適用，也不能用疊加定律計(jì)算或處理功率，能量等 二次的物理量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：詳見(jiàn)“操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟”。三、主要儀器設(shè)備（必填）1, 直流穩(wěn)壓電源：HY3002D（ F） -3三路直流穩(wěn)壓電源為三位數(shù)字電壓、電流顯示的含有三路獨(dú)立的電源輸出 的直流穩(wěn)壓電源，其中兩路為030V連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流分別為 2A; 路固定5V輸出, 最大輸出電流3A。兩路可調(diào)電源都可在穩(wěn)壓和穩(wěn)流之間轉(zhuǎn)換。2

4、, 萬(wàn)用表：MY61數(shù)字萬(wàn)用表；具有 32個(gè)功能量程；3位半LCD顯示，最大顯示值為 1999;全量程過(guò)載 保護(hù)，自動(dòng)電源關(guān)斷；電池不足指示；適用頻率范圍：40Hz 400Hz。3, 直流電流表。4, 實(shí)驗(yàn)用電路板。（見(jiàn)圖3）（圖3）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究（KCL :實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，取ADEFA,BADCB,FBCEF為閉合回路的電流正方向，11 ,12 ,13 方向如圖1所示。將Us1=6V, Us2=12V的兩路直流電壓源接入電路。具體方法：用導(dǎo)線連接電源與電路板上電壓源輸入端，調(diào)整電源輸出電壓穩(wěn)定為6V，12V。將電流插座接通。用數(shù)字電流表分別測(cè)量各支路電流11，

5、I2，I3，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表格中，與計(jì)算值相比較，驗(yàn)證基爾霍夫電流定律是否成立。（如圖4）具體方法：將電流表兩端導(dǎo)線接入電路，注意電流表接入方向， 有時(shí)需調(diào)整量程。讀取,提取數(shù)據(jù)后需重新連接插座處電路。UU =12基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究（KVL）：實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，電壓源不變。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量各節(jié)點(diǎn)間電壓，記錄測(cè)量數(shù)據(jù), 與計(jì)算值相比較，驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律是否成立。具體方法：將萬(wàn)用表調(diào)至直流電壓檔適當(dāng)檔位，兩端觸筆接觸待測(cè)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)線（主要是 電阻兩端導(dǎo)線），全程保持電路通路。疊加定律實(shí)驗(yàn)探究：實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，在A, B間接入10V直流電壓源Us,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,測(cè)量個(gè)點(diǎn)電壓 和各支路電流，探

6、究?jī)H有電壓源作用時(shí)電路狀態(tài)。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量方法與前一實(shí)驗(yàn)一致。將A,B兩點(diǎn)短路，接通開(kāi)關(guān) S，接入20mA電流源，再次測(cè)量各點(diǎn)電壓和各支路電流，探究?jī)H有電流源作用時(shí)電路狀態(tài)，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。（實(shí)驗(yàn)電路如圖5）I<=>-卜A-MJD（圖5）將Us與電流源Is同時(shí)接通，重復(fù)測(cè)量各電流，電壓等數(shù)據(jù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中，探究電壓源和電流源共同作用時(shí)電路狀態(tài)。并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證疊加定律是否成立。（實(shí)驗(yàn)電路如圖6）將支路AD中的穩(wěn)壓二極管更換為電阻R,其阻值為任務(wù)（3）中電壓源Us與電流源Is共同作用時(shí)測(cè)得的UAd/I ad，重復(fù)未更換時(shí)的操作，測(cè)量Us與Is單獨(dú)作用以及共同作用時(shí)

7、，電路各點(diǎn)電壓與各支路電流，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)于表中。根據(jù)測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證疊加定理是否成立。（實(shí)驗(yàn)電路如圖7）（圖7）五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究 各支路電流測(cè)量值11 （ mAI 2（mA）I 3（mA）計(jì)算值-1.914-5.9887.914測(cè)量值-1.92-5.977.86可由電流測(cè)量值得：I 3=1 1 + 1 2各節(jié)點(diǎn)間電壓測(cè)量值U1（ V）出（V）LFa（ V）Uab（ V）LAd（ V）U=d（ V）LDe （V）計(jì)算值6.0012.000.98-5.994.04-1.980.98測(cè)量值6.0011.990.98-5.954.04-1.950.96可由電壓測(cè)量值得：USi=

8、LFa+UAd+U3eUS2=-Uab+LAd-UcD2、疊加定律實(shí)驗(yàn)研究 穩(wěn)壓二極管LAc（ V）Uad（ V）Ucb （V）UDb（ V）I ac（ mAI ad（ mAI cb（ mAI cd（ mAUS單獨(dú)作用6.575.163.354.755.889.306.100IS單獨(dú)作用-6.745.166.77-5.17-6.779.5813.3-20.2US與IS共同作用-0.175.2110.094.69-0.1529.520.1-20.3不妨令,U（ 1）、I （ 1）:電壓源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（2）、 I （2）:電流源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（3）、I （3）:電壓源與電流源

9、共同作用時(shí)的電壓、電流由測(cè)量數(shù)據(jù)得，UAc (3) =UAC (1) +UC(2) UD( 3)工 UaD( 1) +UAd UCb (3) =UCb( 1) +UCb(2)UDb (3)工 UdB( 1) +UDb(2)I AC (3) =I AC (1 ) +I AC (2)I AD (3)工 I AD( 1) +I AD I CB (3) =| CB (1) +| CB (2)I CD(3) =| CD( 1 ) +| CD(2)將穩(wěn)壓二極管換成線性電阻R （R經(jīng)計(jì)算為176.7 Q）UC V)Uad (V)UCb (V)UDb (V)I ac (mAI ad (mAI cb (mAI

10、cd (mAUS單獨(dú)作用6.512.563.307.246.414.26.20IS單獨(dú)作用-6.752.656.77-2.65-6.714.813.3-20.2US與IS共同作用-0.145.2410.084.67-0.14129.220.2-20.3(1)不妨令，U( 1)、IU( 2 )、IU( 3 )、I(2)(3)電壓源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流電流源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流電壓源與電流源共同作用時(shí)的電壓、電流由測(cè)量數(shù)據(jù)得，UAc (3) =UAc (1 ) +UAc (2)UAd (3) =UD( 1) +UD(2)UCb( 3)=U：b( 1)+LbB(2)UDb( 3)=LBb( 1)

11、+LBb(2) I AC (3) =I AC (1 ) +I AC (2)I AD (3) =I AD (1 ) +I AD (2)I CB (3) =I CB (1) +I CB (2)I CD (3) =I CD (1 ) +I CD (2)六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）1基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)探究由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn):US1=UFa+UAd+LJDeUS2=-Uae+UD-U CD可得：在該電路中，基爾霍夫電流定律與基爾霍夫電壓定律成立。2,疊加定律實(shí)驗(yàn)研究接入穩(wěn)壓二極管時(shí)，由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)：UAd Hb、I ad三項(xiàng)符合疊加定律，其他各項(xiàng)都不符合疊加定律。接入線性電阻時(shí)，由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)： 所有支路電流和

12、節(jié)點(diǎn)間電壓，均符合疊加定律。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，在任何數(shù)據(jù)中，基爾霍夫定律均成立。而疊加定律僅在線性電路中成如接入穩(wěn)壓二極管電路，在與二極管無(wú)關(guān)的線性電路中疊加定律成立，流經(jīng)二極管的電流， 二極管兩端的電壓等就不符合疊加定律）。七、討論、心得心得：這次的實(shí)驗(yàn)不太順利，探究疊加定律時(shí)，發(fā)現(xiàn)二極管反向也有不小的電路，原來(lái)這個(gè) 二極管被燒壞了。換上新的二極管后，實(shí)驗(yàn)才繼續(xù)下去。當(dāng)時(shí)，我們已經(jīng)測(cè)量了許多的數(shù)據(jù)， 只能作廢，這反映了我們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理的不熟悉（實(shí)際上，當(dāng)測(cè)出AD間電路符合疊加定律時(shí)就應(yīng)該發(fā)現(xiàn)問(wèn)題）。不過(guò)，經(jīng)過(guò)這個(gè)教訓(xùn)后，我們更加深刻地了解了疊加定律的含義。我們進(jìn)行了分工，一個(gè)負(fù)責(zé)測(cè)量操作，一個(gè)負(fù)責(zé)讀數(shù)計(jì)數(shù)，提高了速度，總算按時(shí)完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這次實(shí)驗(yàn)，和我們電基理論課緊密結(jié)合，讓我對(duì)相關(guān)電路原理有了更為深刻的原理，這些定律不再是冷冰冰的等號(hào)，而是觸手可及的科學(xué)。思考：1如果設(shè)定不同的電壓與電流參考方向，基爾霍夫定律是否依然成立？ 成立，基爾霍夫定律與設(shè)定的參考方向無(wú)關(guān)。2、如果電路中含有非線性器件，基爾霍夫定律是否依然成立？是，基爾霍夫定律在任何電路（線性非線性，直流交流）均符合。因?yàn)樗淼氖请姾?守恒和能量守恒。3、與電流源IS串聯(lián)的電阻R4變大或變小時(shí)，對(duì)電路中各支路的電流有何影響？電阻R4變大，各支路的電流變大；電阻R4變小，各支路的電流變小。（橋式電路）4、